混凝土结构设计第2章

第二章混凝土结构材料的力学性能2.1混凝土的性能2.2钢筋的性能2.3钢筋与混凝土的相互作用:90/civil/index.htm2.1混凝土的性能1混凝土的组成2混凝土的强度3混凝土的变形:90/civil/index.htm2.1.1混凝土的组成

由水泥、石、砂、水按一定的配合比制成，经凝结硬化形成的复合材料。通常把混凝土的结构分为三种类型：Ａ.微观结构：即水泥石结构Ｂ.亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构。Ｃ.宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。混凝土的组成:90/civil/index.htm2.1.1混凝土的组成

1、混凝土为多相、多种材料、具有初始缺陷；

2、骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度是影响混凝土强度的重要因素；

3、在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。注意::90/civil/index.htm2.1.2混凝土的强度混凝土立方体抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土在复杂应力下强度:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的强度

在混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。（1）立方体的抗压强度fcu

从C15～C80共划分为14个强度等级，级差为。

混凝土的强度等级是用抗压强度来划分:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的强度（2）轴心抗压强度fc150mm×150mm×300mm棱柱体

用立方体强度反映：考虑实际情况(施工状况、养护条件等)真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压度。:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的强度

混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉或圆柱体或立方体的劈裂试验的试验方法来测定。劈拉试验FaFFF劈裂试验（3）轴心抗拉强度ft混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。拉压压:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的强度

在平面（两向）应力状态下，当两方向应力均为压应力时，抗压强度相互提高，最大可增加27％，而当一方向为压应力，另一方向为拉应力时，强度相互降低。复杂应力状态下的强度:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的强度:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的强度

同一种混凝土的各种强度（立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗拉强度、两向强度、三向强度、局压强度）相互之间都有一定的关系。:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的强度:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的变形骨料水泥结晶体水泥凝胶体弹性变形的基础塑性变形的基础混凝土变形与材料组成的关系混凝土:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的变形（1）一次短期荷载作用的变形:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的变形CBDEfc

0

0•••A

cu••一次短期荷载作用的应力—应变关系OA–––弹性阶段

A:0.3fcAB–––弹塑性阶段、裂缝稳定阶段BC–––裂缝不稳定阶段

:0.8fc～1.0fc

:0.3fc～0.8fc

:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的变形

0

–––对应于峰值点应变《规范》

0

=0.002

cu

–––混凝土极限压应变《规范》

cu

=0.0033fc

–––轴心抗压强度特征点：:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的变形变形模量一次短期荷载作用的变形模量弹性模量切线模量:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的变形（2）长期荷载作用下的变形—徐变

混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的变形徐变对混凝土结构工作性能有很大影响。使构件的变形增加引起应力重分布引起预应力的损失影响徐变的因素有混凝土的级配、水灰比、初始加载龄期、初应力大小，养护使用条件等。:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的变形徐变性质：线性徐变

c0.5fc非线性徐变

c>0.5fc当

c>0.8fc，徐变发展最终导致破坏，一般取混凝土应力约作为混凝0.75～0.8fc土的长期抗压强度。:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的变形重复荷载作用下的变形—疲劳（3）重复荷载作用下的变形—疲劳:90/civil/index.htm2.2钢筋的性能2.2.1钢筋的种类2.2.2钢筋的力学性能2.2.3钢筋的加工、处理2.2.4钢筋的质量检验:90/civil/index.htm2.2.1钢筋的种类

钢筋的种类

元素组成：碳钢（低、中、高碳钢）

合金钢（锰、硅、钒等）

加工方式：热轧、冷拉、热处理钢筋

强度等级：HPB300、HRB335、HRBF335、

HRB400、HRBF400、RRB400、

HRB500、HRBF500

外形：光圆钢筋、变形钢筋、钢丝、钢丝束、钢绞线:90/civil/index.htm2.2.1钢筋的种类:90/civil/index.htm2.2.2钢筋的力学性能根据力学性能不同分为：硬钢：无明显流幅的钢筋(钢丝、热处理钢筋)软钢：有明显流幅的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋):90/civil/index.htm2.2.2钢筋的力学性能软钢应力应变关系硬钢应力应变关系比例极限屈服强度极限强度o

(N/mm2)

fyfted流幅abc0.2%

0.2

(N/mm2)

o:90/civil/index.htm2.2.2钢筋的力学性能钢筋的力学性能指标：

软钢：屈服强度、延伸率、屈强比

硬钢：条件屈服点残余应变为0.2%所对应的应力，《规范》取为0.85fu。:90/civil/index.htm2.2.2钢筋的力学性能钢筋的加工与处理

钢筋的冷加工（冷拉、冷拔）钢筋的热处理（淬火、回火）:90/civil/index.htm2.2.3钢筋的力学性能强度塑性变形（伸长率、冷弯）焊接钢筋的质量检验:90/civil/index.htm2.3钢筋与混凝土的相互作用2.3.1粘结及粘结的作用2.3.2粘结的组成2.3.3粘结强度2.3.4粘结与滑移的关系2.3.5影响粘结的因素2.3.6保证粘结的措施:90/civil/index.htm2.3.1粘结及粘结的作用粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础。

钢筋与混凝土之间粘结应力示意图（a）锚固粘结应力（b）裂缝间的局部粘结应力粘结的意义：:90/civil/index.htm2.3.2粘结的组成

光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘结作用主要由三部分组成：（１）胶结：钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力），一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。（２）摩擦：混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。（３）咬合：钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。:90/civil/index.htm2.3.3粘结强度钢筋与混凝土之间粘结示意图:90/civil/index.htm2.3.4粘结与滑移的关系:90/civil/index.htm2.3.5影响粘结的因素混凝土强度：混凝土强度越高，钢筋与混凝土的粘结力也越高；保护层厚度：混凝土保护层较薄时，其粘结力降低，并在保护层最薄弱位置容易出现劈裂裂缝，促使粘结力提早破坏；钢筋表面形状：带肋钢筋表面凹凸不平，与混凝土之间的机械咬合力较好，破坏时粘结强度大；光面钢筋的粘结强度则较小，所以要在钢筋端部做成弯钩，可以增加拔力；横向压应力：如支座处的反力作用在钢筋锚固端，增大了摩阻力，有利于粘结锚固。浇筑混凝土时钢筋的位置：浇筑混凝土时钢筋的位置也会影响粘结的强度。:90/civil/index.htm2.3.6保证粘结的措施（1）对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度。（2）为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋